Пылевые вентиляторы предназначены для перемещения смесей газов и мелких твёрдых частиц. Они способны при работе создавать давление в диапазоне 6-12 кПа. Рабочие лопатки пылевых вентиляторов должны хорошо противостоять истиранию твердыми частицами, поэтому рабочие лопатки и ступицы изготавливают из очень твердых материалов. Данное устройство часто используется для очистки воздуха в цехах промышленных предприятий.
Вентиляторы горячего дутья работают на воздухе при температуре от 200 оС до 400 оС. Напор, развиваемый мельничными и дутьевыми вентиляторами, определяется сопротивлением воздушного и пылевоздушного трактов, а также давлением, создаваемым в топочной камере. Условия работы вентиляторов горячего дутья, мельничных вентиляторов и дымососов усложнены, из-за влияния высоких температур перекачиваемого потока, а также из-за наличия в нем угольной пыли.
Основные дымососы всасывают дымовые газы из газохода парогенератора и выбрасывают их через дымовую трубу в атмосферу. В парогенераторах с пылеугольной топкой в систему пылеприготовления включены мельничные вентиляторы, которые забирают из циклонов воздух. Воздух включает в себя самые тонкие фракции угольной пыли и вся эта смесь подается к питателям пыли и далее -- в топку парогенератора.
Рециркуляционные дымососы используют для отбора доли дымовых газов из газоходов парогенератора и подачи их в топочную камеру для очистки от шлакования. Также происходит регулирования температуры перегрева пара. Все это, как следствие, ведет к повышению экономичности агрегата в целом.
Условия работы дымососов и мельничных вентиляторов отличаются двумя особенностями, накладывающими отпечаток на конструкцию этих машин и даже на их расчет. Первая особенность связана с повышенной температурой рабочего потока: температура газов в дымососах достигает (390-- 450)° К, а температура воздуха в мельничных вентиляторах обычно превышает 320° К. Тепло по валу передается подшипникам и вызывает нагрев масла свыше допустимой величины. Чтобы избежать чрезмерный нагрев масла, подшипники этих машин изготовляются с водяным охлаждением. Вторая особенность -- наличие в рабочем теле твердых примесей: золы в дымовых газах и угольной пыли в воздухе. И зола, и угольная пыль вызывают износ рабочих лопастей, дисков и стенок спиральной камеры. Это вынуждает как при изготовлении, так и в процессе эксплуатации дымососов и мельничных вентиляторов принимать специальные меры для уменьшения износа.
Основные меры, которые можно предусмотреть при проектировании дымососов сводятся к следующему:
1. Применение дымососов с двусторонним подводом газов существенно уменьшает чувствительность ротора к разбалансировке, так как он находится между двумя опорами.
2. Увеличение толщины рабочих лопастей со стандартных 4--6 мм до 8 мм и более.
3. Наплавка лопастей твердыми сплавами. Она производится не по всей поверхности лопаток, а в местах наибольшего износа; толщина слоя наплавки увеличивается к диску.
4. Выбор рациональной формы рабочих лопастей. Целесообразно изготовление дымососов с загнутыми назад лопастями.
5. Увеличение соотношения выходного и входного диаметров (параметр m). Это мероприятие можно рекомендовать только в сочетании с применением двигателей, допускающих плавное изменение частоты вращения вала (в первую очередь, двигатели постоянного тока).
6. Защита торцовой стенки спиральной камеры листовой сталью или литыми чугунными гофрированными плитами.
Вентиляторной установкой называют агрегат, состоящий из вентилятора с приводным двигателем и вспомогательным комплектующим оборудованием (уплотнения на всасывающем или напорном патрубках, измерительной аппаратурой, пусковыми устройствами двигателя и др.). Наравне с вентилятором приводной двигатель является основным оборудованием, определяющим КПД всей установки.
Надежная эксплуатация и КПД зависят не только от конструкции вентилятора и двигателя, но и от точности и качества их совместного монтажа. Установки небольшого размера и мощности монтируются на общей сварной литой раме закрепленной на фундаменте. Остальные установки монтируются на жестких армированных бетонных фундаментах без рам. Шум, производимый вентиляторной установкой, вызывается аэродинамическими факторами возникновения при прохождении рабочего потока через вентилятор. Вибрация появляется из-за плохой центровки при монтаже. Целью центровки является получение точных совпадений геометрических осей вентилятора и электродвигателя. Чем больше скорость вращения, тем больше шум и выше окружные скорости на концах рабочих лопаток. Эти скорости следует ограничивать в диапазоне (45…50) м/с.
Осевые нагнетатели
Принцип действия осевого насоса основан на силовом взаимодействии лопасти с обтекающим её потоком. По большому счету по такому же принципу работает и центробежный насос. Различие заключается в направлении течения: если в центробежном агрегате поток жидкости имеет в области лопастного колеса радиальное направление, и поэтому создаются условия для работы центробежных сил, а в осевых насосах поток жидкости движется параллельно оси вращения лопастного колеса.
В общем случае осевой насос состоит из корпуса 1 и свободно вращающегося в нем лопастного колеса 2. При вращении колеса в потоке жидкости образуется разность давлений по обе стороны каждой лопасти, а значит, образуется силовое взаимодействие потока с рабочим колесом. Силы взаимодействия лопастей на поток создают вынужденное вращательное и поступательно движение жидкости, тем самым увеличивая ей скорость и давление, заставляя поток жидкости перемещаться по трубопроводу.
В большинстве случаев все детали колеса кроме вала и крепежных частей изготавливаются из чугунного литья. В насосах большой подачи рабочие колеса выполнены из стального литья. Рабочие лопатки могут изготавливаться отдельно от втулки и крепиться к ней болтами. Стандартные рабочие колеса изготавливают от 300 мм до 2000 мм с объемной подачей до 150 м3/с и давлением до 1 кПа. Рабочие лопатки могут изготавливаться поворотными (подвижными) и жестко закрепленными на втулке. Направляющий аппарат состоит из неподвижных лопастей и располагается перед входом в рабочее колесо. Выходные углы направляющего аппарата могут быть выбраны так, что проекция с1U будет отрицательной. Это значит, что поток на выходе из направляющего аппарата будет направлен противоположно направлению вращения рабочего колеса осевого нагнетателя. Это приведет к увеличению напора, создаваемого нагнетателем.
Элементы рабочей лопатки, находящиеся на разных расстояниях от центра, при вращении имеют неодинаковые окружные скорости. Вследствие этого лопатка с постоянной шириной и постоянными углами входа и выхода создает давление, изменяющееся по ее длине, что приводит к радиальным перемещениям частиц рабочей среды в проточной полости рабочих колес и снижению КПД нагнетателя.
Потери энергии в осевых машинах обусловлены трением и вихреобразованием в проточных полостях. Некоторые осевые машины имеют высокие окружные скорости u = 400 м/с, но даже при этом не обеспечено требуемое давление. В этом случаи применяют многоступенчатые машины, состоящие из нескольких осевых колес, закрепленных на общем валу. При этом между каждыми двумя рабочими колесами ставится направляющий аппарат. Его назначение -- раскручивать поток, выходящий из рабочего колеса, и придавать ему направление, необходимое для эффективной передачи энергии в следующей ступени. В направляющем аппарате, кроме того, происходит преобразование части скоростного напора в потенциальную энергию.
Кинематика потока в осевых нагнетателях
В осевом нагнетателе передача энергии с вала происходит при помощи рабочего колеса, состоящего из консольных лопастей, закреплённых на втулке. Так как колесо машины, вращаясь, удерживается в осевом направлении, а лопасти его закреплены под углом к плоскости вращения, то колесо перемещает среду (жидкость или газ) вдоль оси. При этом поток несколько закручивается.
На рисунке изобразим схему четырехлопастной осевой машины
Для рассмотрения работы осевых машин пользуются теорией решётки профилей. Рассекая колесо цилиндрической поверхностью радиусом r и развёртывая эту поверхность с сечениями лопастей, получаем плоскую решётку профилей осевой машины, как на следующем рисунке.
Основные величины, характеризующие геометрию решётки:
t - шаг лопастей, равный расстоянию между сходными точками сечения лопасти, измеренному в направлении движения решётки;
b - длина хорды сечения лопасти;
В - ширина решётки - размер, параллельный оси вращения;
в1Л и в2Л - лопастные углы на входе и выходе;
вУ - угол установки лопасти - угол между хордой лопасти и осью решётки.
Далее построим планы скоростей на входе и выходе.
Введём основные кинетические параметры потока, проходящего через решётку:
u1 = u2 = u - окружные скорости на входе и выходе. Они равны, так как все точки рассматриваемого профиля находится на одном расстоянии от центра вращения.
w - относительная скорость;
с - абсолютная скорость;
в1 = в2 - углы входа и выхода, т. е. углы между осью решетки и относительными скоростями?на входе и выходе.
i - угол атаки лопасти на входе (между касательной и средней линией профиля и относительной скоростью на входе).
Напор и мощность осевого нагнетателя
Теоретический напор, создаваемый рабочим колесом осевого нагнетателя, может быть вычислен по уравнению Эйлера:
Вводя в это уравнение коэффициент расхода j = са / и, определяющий объёмный расход, приходящийся на единицу площади поперечного сечения решётки лопастей, найдем напор:
Теоретическое давление, создаваемое колесом, равно:
Действительное давление, создаваемое колесом, будет меньше на величину потерь энергии в решётке, что учитывается КПД решётки:
Величина КПД решётки лежит в пределах = 0,90…0,94.
Действительное давление, создаваемое ступенью осевого нагнетателя:
где, - повышение давления в диффузоре, Па;
- потери давления в подводе и отводе, Па.
Учитывая эти потери, гидравлический КПД ступени можно записать
Величина гидравлического КПД лежит в пределах = 0,75… 0,92.
Полный КПД ступени составляет: = 0,70 … 0,90.
Необходимая мощность на валу N, Вт составляет:
Подача осевого нагнетателя
Теоретическая подача осевого нагнетателя равна:
где D - внешний диаметр рабочего колеса, м;
d - диаметр ступицы, м:
- осевая скорость,
- коэффициент скорости,
H - напор насоса.
Форма характеристики осевого нагнетателя определяется конструкцией и аэродинамическими свойствами. В отличие от центробежных нагнетателей характеристика напора осевого нагнетателя часто имеет седлообразную форму, которая объясняется снижением подъёмной силы лопастей при малых подачах и повышенных углах атаки.
Поршневые насосы
Поршневые насосы предназначены для перекачивания воды, нефтепродуктов, кислот, глинистых растворов и других жидкостей. Промышленность выпускает поршневые насосы различных типов для работы в стационарных и транспортных условиях.
Поршневые насосы классифицируются по различным признакам. Наиболее характерный является классификация насосов по способу их действия. Различают поршневые насосы одностороннего (простого) и двухстороннего (двойного) действия. На рис 1а приведена схема гидравлической части поршневого насоса одностороннего действия.
Рис. 1,а - Схема гидравлической части поршневого насоса одностороннего действия
При движении поршня 2 из крайнего левого положения вправо, объем рабочей камеры увеличивается и давление в ней понижается. Всасывающий клапан 3 открывается и жидкость под действием внешнего давления поступает в рабочую камеру насоса. По достижении поршнем крайнего правого положения всасывание жидкости прекращается и всасывающий клапан закрывается. В дальнейшем поршень при движении справа налево будет давить на находящуюся в рабочей камере жидкость и вытесняет ее через нагнетательный клапан 1 в напорную магистраль.
На рис. 1,б приведена схема гидравлической части поршневого насоса двустороннего действия. Всасывание и нагнетание у этого насоса совершается при каждом ходе поршня. При ходе поршня 2 вправо открыты всасывающий 5 и нагнетательный 3 клапаны. Через клапан 5 происходит всасывание жидкости в рабочую камеру, а через клапан 3 - вытеснение жидкости в напорную магистраль. В это время клапаны 1 и 4 закрыты. При обратном ходе поршня через клапан 4 жидкость поступает в рабочую камеру, а через клапан 1 производится подача жидкости в напорную магистраль; клапаны 3 и 5 при этом закрыты.